(57)【要約】【課題】本発明の目的は、その表面４０ａ側に光電変換素子５０及び電荷転送トランジスタ６０を含む複数の画素７０を有し、裏面２０ａを受光面とする、裏面照射型固体撮像素子１００に用いるためのウェーハ１０の製造方法であって、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を提供することにある。【解決手段】Cを含有するＣＺ結晶からなるシリコンウェーハ２０上に、直接又は絶縁膜を介して、所定のエピタキシャル膜からなる活性層３０を形成し、その後、所定の熱処理を施すことで、前記活性層の直下位置に、ゲッタリングシンクとしてC及びOを含有する析出物４０を形成することを特徴とする。【選択図】図１
2010050249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を形成し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、
Cを含有するＣＺ結晶からなるシリコンウェーハ上に、直接又は絶縁膜を介して、所定のエピタキシャル膜からなる活性層を形成し、その後、所定の熱処理を施すことで、前記活性層の直下位置に、ゲッタリングシンクとしてC及びOを含有する析出物を形成することを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記析出物は、そのC濃度が5.0×1015〜1.0×1017atoms／cm3の範囲である請求項１記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記析出物は、そのO濃度が1.0×1018〜1.0×1019atoms／cm3の範囲である請求項１又は２記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記所定の熱処理は、600〜1000℃の窒素ガス及び酸素ガスの混合ガス雰囲気下で行う請求項１、２又は３記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記所定の熱処理は、5℃／min以下で900〜1100℃まで加熱した後、1100℃の状態を1〜4時間保持し、その後、5℃／min以下で600℃以下まで冷却する請求項１〜４のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板、その製造方法及びその基板を用いた素子、特に、携帯電話やデジタルビデオカメラ等に用いられ、白傷欠陥を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、デジタルビデオカメラへ半導体を用いた高性能固体撮像素子が搭載され、画素数などの性能も飛躍的に向上している。通常の固体撮像素子に期待される性能としては、高画素でかつ、動画の撮像を可能とする性能が期待されており、さらに、小型化が要求されている。ここで、動画の撮像を実現するためには、高速演算素子及びメモリ素子との結合が必要となるため、System on Chip（SoC）が容易なCMOS イメージセンサが用いられ、該COMSイメージセンサの微細化が伸展している。
しかしながら、前記CMOS イメージセンサの微細化に伴って、必然的に、光電変換素子であるフォトダイオードの開口率が減少する結果、光電変換素子の量子効率が低下し、撮像データのS／N比の向上が困難になるという問題がある。このため、光電変換素子表面側にインナーレンズを挿入し入射光量を増加させる方法等が試みられているが、現在、顕著なS／N比の改善は実現できていない。
【０００３】
そのため、入射光量を増加させることで、画像データのS／N比を向上させるべく、前記光電変換素子の裏面から光を入射する試みがされている。前記素子の裏面からの光入射は、表面からの入射と比較して、前記素子表面での反射及び回折や、前記素子の受光面積による制約がなくなることが最大のメリットである。一方、裏面から光を入射する場合、前記高電変換素子の基板である、シリコンウェーハの光吸収を抑制しなければならず、固体撮像素子全体としての厚みを50μｍ未満にする必要がある。その結果、固体撮像素子の加工及びハンドリングが困難であることから生産性が極めて低いことが問題となる。
【０００４】
上記の技術課題を克服することを目的とした固体撮像素子として、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されているような、固体撮像素子が挙げられる。
特許文献１の固体撮像素子の製造方法を用いれば、簡便かつ容易に、照射面とは反対側の面から電極を取り出す構成の裏面照射型のCMOS固体撮像素子を製造することが可能となる。
また、特許文献２の固体撮像素子の製造方法を用いれば、薄膜化された固体撮像素子のプロセス加工を高精度に行うことが可能となる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２の固体撮像素子は、いずれも、その基板（ウェーハ）のゲッタリング能力が低いため、白傷欠陥が発生するという問題や、製造プロセスにおいて、重金属汚染が発生するという問題があり、裏面照射型の固体撮像素子を実用化するためには、それらの問題を解決する必要があった。
【０００６】
上記問題を解決するための製造方法として、例えば特許文献３に開示されているように、炭素等の元素をシリコン基板に導入して埋込ゲッタリングシンク層を形成し、前記半導体基板の表面にシリコンを結晶成長させて結晶成長層を形成し、前記シリコン基板の裏面にリン等の元素を導入して外部ゲッターシンク層を形成する場合より低い温度にて、前記結晶成長層内およびその上層に固体撮像素子を形成する固体撮像装置の製造方法が挙げられる。
しかしながら、特許文献３の製造方法では、前記埋込ゲッタリングシンク層を形成した後、前記シリコン基板に熱処理が施された場合、炭素注入により形成された結晶欠陥が緩和される結果、前記埋込ゲッタリングシンク層の機能が低下し、その後、重金属汚染される恐れがあった。そのため、ゲッタリングシンクの形成は、固体撮像素子製造プロセス工程の直前に進行することが期待される。
【特許文献１】特開２００７−１３０８９号公報
【特許文献２】特開２００７−５９７５５号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を形成し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）表面側に光電変換素子及び電荷転送トランジスタを含む複数の画素を形成し、裏面を受光面とする、裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法であって、Cを含有するＣＺ結晶からなるシリコンウェーハ上に、直接又は絶縁膜を介して、所定のエピタキシャル膜からなる活性層を形成し、その後、所定の熱処理を施すことで、前記活性層の直下位置に、ゲッタリングシンクとしてC及びOを含有する析出物を形成することを特徴とする裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【０００９】
（２）前記析出物は、そのC濃度が5.0×1015〜1.0×1017atoms／cm3の範囲である上記（１）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１０】
（３）前記析出物は、そのO濃度が1.0×1018〜1.0×1019atoms／cm3の範囲である上記（１）又は（２）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１１】
（４）前記所定の熱処理は、600〜1000℃の窒素ガス雰囲気下で行う上記（１）、（２）又は（３）記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【００１２】
（５）前記所定の熱処理は、5℃／minで1000℃まで加熱した後、1000℃の状態を1〜4時間保持し、その後、5℃／minで600℃以下まで冷却する上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法の提供が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１(ａ)〜(ｃ)は、発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法の流れを説明するためのフロー図である。また、図２は、本発明の製造工程によって製造された裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを加工して用いた裏面照射型固体撮像素子の断面を模式的に示した図である。
【００１５】
本発明による製造方法は、図２に示すように、その表面３０ａ側に光電変換素子５０及び電荷転送トランジスタ６０を含む複数の画素７０を有し、裏面２０ａを受光面とする、裏面照射型固体撮像素子１００に用いるための裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法である。
【００１６】
そして、本発明による裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０の製造方法は、図１(ａ)〜(ｃ)に示すように、Cを含有するＣＺ結晶からなるシリコンウェーハ２０上に（図１(ａ)）、直接又は絶縁膜を介して（図１では直接）、所定のエピタキシャル膜からなる活性層３０を形成し（図１(ｂ)）、その後、所定の熱処理を施すことで、前記活性層の直下位置に、ゲッタリングシンクとしてC及びOを含有する析出物４０を形成する（図１(ｃ)）ことを特徴とする。
かかる構成を採用することで、前記固体撮像素子の製造熱処理工程によって、前記活性層の直下に形成された前記C及びOを含有する析出物４０が、ゲッタリングサイトとして作用することができる結果、該ウェーハ１０を裏面照射型固体撮像素子１００に用いた場合に、従来の撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することが可能になるとともに、前記析出物４０は、前記エピタキシャル膜３０成長後に形成されるため、その後の熱処理により結晶欠陥が緩和される（析出物４０がなくなる）ことに起因したゲッタリング能力の低下を防ぐことができる。
【００１７】
以下に、本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０の構成要素について述べる。
本発明のシリコンウェーハ２０は、上述のゲッタリング効果を有するためにＣを所定量含有する必要がある。その他条件は特に限定はされず、ｎ型ウェーハでも、ｐ型ウェーハでも構わない。
【００１８】
また、前記シリコンウェーハ２０に含有されるＣ濃度は、特に限定はされないが、1.0×1016〜1.0×1017 atoms／cm3の範囲であることが好ましい。1.0×1016 atoms／cm3未満では、C濃度が低く、後述するゲッタリングシンクとして作用する析出物４０を十分に形成することができないため、白傷欠陥及び重金属汚染の抑制を十分にできない恐れがあるためであり、1.0×1017 atoms／cm3を超える場合、析出物４０のサイズが50nm未満となり重金属をゲッタリング可能な歪エネルギーを保持できない恐れがあるからである。
【００１９】
さらに、本発明のウェーハ１０が、図２に示すような裏面照射型固体撮像素子１００に用いられる場合、そのシリコンウェーハ２０の膜厚は、20μm以下まで加工することができる。従来の裏面照射型固体撮像素子に用いられるウェーハの支持基板の膜厚は、40〜150μmであるが、本発明は、厚膜SOI構造を用いるため、20μm以下とすることが可能となる。
【００２０】
なお、前記シリコンウェーハ２０は、ＣＺ結晶からなる。簡便に欠陥の少ないシリコン単結晶を得ることができるからである。また、前記シリコンウェーハ２０に、所定量のCを含有させるための方法としては、シリコン基板中にC原子をドーピングする方法や、イオン注入の方法等によって、前記シリコンウェーハ２０にC原子を含有させることが可能となる。
【００２１】
本発明の活性層３０は、図１(ｂ)に示すように、前記シリコンウェーハ２０の上に形成される層であり、欠陥が少ない高品質の活性層３０を比較的容易に得ることができるという点から、所定のエピタキシャル膜からなる。また、エピタキシャル膜からなる活性層３０は、図１(ｂ)に示すように、直接前記シリコンウェーハ２０上に形成されるか、又は、絶縁膜を介して形成される。
【００２２】
本発明のC及びOを含有する析出物４０は、図１(ｃ)に示すように、前記活性層３０の直下位置に形成されるC及びOを含有する酸素析出物のことであり、ゲッタリングシンクとして作用する。この析出物４０が、ゲッタリングシンクとしての役目を果たす結果、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる。さらに、O原子を含有させることで、C原子が、活性層へと拡散するのを抑制することができる点でも有効である。なお、前記C及びO原子は、不可避的に前記シリコンウェーハ中に含有されているため、ここでいう「Cを含有する」とは、Cの濃度が5.0×1015atoms／cm3以上であることをいい、「Oを含有する」とは、O濃度が1.0×1017 atoms／cm3以上であることをいう。
【００２３】
また、前記析出物４０は、そのC濃度が5.0×1015〜1.0×1017atoms／cm3の範囲であることが好ましい。C濃度が5.0×1015atoms／cm3未満では、含有C濃度が低過ぎるため、ゲッタリング能力を十分に発揮できず、白傷欠陥及び重金属汚染の抑制を十分にできない恐れがあるからであり、一方、C濃度が1.0×1017 atoms／cm3を超える場合、析出物４０のサイズが50nm未満となり重金属をゲッタリング可能な歪エネルギーを保持できない恐れがあるからである。
【００２４】
さらに、前記析出物４０は、そのO濃度が1.0×1018〜1.0×1019atoms／cm3の範囲であることが好ましい。O濃度が1.0×1018atoms／cm3未満では、酸素析出の促進が十分ではなくゲッタリング能力が不足するからであり、一方、O濃度が1.0×1019atoms／cm3を超える場合、酸素析出過多となり欠陥を誘起するからである。
【００２５】
なお、前記析出物４０は、前記Cを含有するシリコンウェーハ２０上に、前記エピタキシャル膜からなる活性層３０を設けた後、所定の熱処理を施すことによって形成する。前記ウェーハ２０中に含有するC原子が、のシリコン格子間位置に取り込まれ、酸素含有物質の析出を促進する結果、C及びOからなる析出物４０を形成されるためである。
【００２６】
また、前記所定の熱処理は、600〜1000℃の窒素ガス及び酸素ガスの混合ガス雰囲気下で行うことが好ましい。炭素が添加された結晶は上記の温度範囲で酸素析出が促進されるからである。
【００２７】
さらに、前記所定の熱処理は、5℃／min以下で900〜1100℃まで加熱した後、該900〜1100℃の状態を1〜4時間保持し、その後、5℃／min以下で600℃以下まで冷却することが好ましい。5℃／miｎ以下で900℃から1100℃まで加熱するのは、酸素析出核形成を促進するのに好ましい温度範囲であるからであり、900℃未満では酸素析出核の形成が抑制されるからであり、1000℃を超えると1000℃以上の臨界サイズを保持した酸素析出核のみが成長し高密度な析出物の成長が抑制されるからである。また、高温の状態（900〜1100℃）を1〜4時間保持するのは、保持時間が１時間未満では酸素析出核の成長が十分でなく、一方、４時間を超えると酸素析出核の過剰成長が懸念されるからである。さらに、5℃／min以下で600℃以下まで冷却するのは、600℃を超えると酸素析出物の成長過多を引き起こす恐れがあるからである。
【００２８】
また、図２に示すように、本発明の製造方法によって製造した裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を含んだ画素７０に、画像データを転送するための埋め込み電極（図示せず）を接続すれば、裏面照射型固体撮像素子１００を作製することができる。本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０のゲッタリング効果により、従来の裏面照射型固体撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染の抑制能力に優れた裏面照射型固体撮像素子１００を得ることが可能となる。なお、図２では、前記電荷転送トランジスタ６０には、埋め込み配線６１が設けられ、さらに、前記画素７０の土台として基板８０が設けられている。
【００２９】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明に従う裏面照射型固体撮像素子用ウェーハをサンプルとして作製し、性能を評価したので、以下で説明する。
（実施例１）
実施例１は、図１に示すように、Ｃを含有するｎ型シリコン（C濃度：1.0×1016 atoms／cm3、比抵抗：10Ω・cm）のシリコンウェーハ２０上に（図１(ａ)）、CVD法によりSiからなるエピタキシャル膜を活性層３０として形成した（図１(ｂ)）。その後、前記活性層３０を形成したシリコンウェーハ２０を、窒素ガス、酸素混合ガス雰囲気下で、5℃／min以下で900℃から1000℃まで加熱した後、4時間保持し、その後、5℃／min以下で600℃まで冷却することにより、C濃度が3.0×1016 atoms／cm3 、O濃度が1.4×1018atoms／cm3である析出物４０を、前記活性層３０の直下位置（活性層から0.１0μm程度の深さ位置）に形成し（図１(ｃ)）、サンプルとなる固体撮像素子用ウェーハ１０を得た。
【００３１】
（比較例１）
比較例１は、Siからなるシリコンウェーハ（C含有なし）２０上に（図１(ａ)）、CVD法によりSiからなるエピタキシャル膜を活性層３０として形成したこと以外は、実施例１と同様の工程により、サンプルとなる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ１０を得た。
【００３２】
（比較例２）
実施例２は、活性層３０を形成したシリコンウェーハ２０を、窒素ガス雰囲気下で、  5℃／min以下で1000℃まで加熱した後、4時間保持し、その後、5℃／minで600℃まで冷却することにより、C濃度が1.0×1015atoms／cm3、O濃度が5.0×1016atoms／cm3であるウェーハ１０とした（本発明のC及びOを含有する析出物が形成されていない）こと以外は、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなる固体撮像素子用ウェーハ１０を得た。
【００３３】
（評価方法）
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルについて評価を行った。評価方法を以下に示す。
【００３４】
（１）白傷欠陥
上記実施例及び比較例で作製した各サンプルを用いて裏面照射型固体撮像素子を作製し、その後、該裏面照射型固体撮像素子について、半導体パラメータ解析装置を用いて、フォトダイオードの暗時リーク電流を測定し画素データ（白傷欠陥の個数データ）に変換することで、単位面積（1cm2）あたりの白傷欠陥の個数を測定し、白傷欠陥の発生の抑制について評価した。以下に評価基準を示し、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個以下
○：５個超え、５０個以下 
×：５０個超え 
【００３５】
（２）重金属汚染
得られたサンプルについて、スピンコート汚染法により、サンプルの表面をニッケル（1.0×1012atoms/cm2）で汚染させた後、900℃で１時間熱処理を施し、その後、サンプルの表面を選択エッチングすることによりサンプル表面の欠陥密度（個／cm2）を測定した。評価結果は以下の通りであり、測定結果及び評価結果を表１に示す。
◎：５個／cm2未満
○：５個／cm2以上、50個／cm2未満
×：５０個／cm2以上
【００３６】
【表１】
2010050249.tif 000003
【００３７】
表１の結果から、実施例１は、比較例１及び２に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染について抑制できており、高いゲッタリング能力を有することがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
この発明によれば、白傷欠陥の発生及び重金属汚染を有効に抑制することができる裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造方法の提供が可能となり、当該ウェーハを用いれば、そのゲッタリング効果により、従来の裏面照射型固体撮像素子に比べて、白傷欠陥の発生及び重金属汚染の抑制能力に優れた裏面照射型固体撮像素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による裏面照射型固体撮像素子用ウェーハの製造工程を模式的に示したフローチャートであり、(ａ)はシリコンウェーハ、(ｂ)は活性層を形成したウェーハ、(ｃ)はは前記活性層の直下位置にC及びOを含有する析出物が形成された本発明の裏面照射型固体撮像素子用ウェーハを示す。
【図２】本発明の裏面照射型固体撮像素子を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  裏面照射型固体撮像素子用ウェーハ
２０  シリコンウェーハ
３０  活性層
４０  C及びOを含有する析出物
５０  光電変換素子
６０  電荷転送トランジスタ
６１  埋め込み配線
７０  画素
８０  基板
９０  アライメントマーク
【図１】
2010050249.tif 000004
【図２】
2010050249.tif 000005